Реферати українською » » Чорні діри


Реферат Чорні діри

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Изложены новітні дані про визначенню мас чорних дір у рентгенівських подвійних зоряних системах. На цей час відомо 10 рентгенівських подвійних систем, містять масивні (з безліччю більш трехсолнечных) рентгенівські джерела - кандидати в чорні діри. Чудово, що в однієї з них спостерігається феноменів рентгенівського пульсара або рентгенів-ського барстера I типу.

Як відомо, чорної дірою називається область простору-часу, у якій гравітаційного поля бо так, що й світло неспроможна залишити цю галузь. Це відбувається, якщо розміри тіла менший за нього гравітаційного радіуса де G - стала тяжіння, з - швидкість світла, М - маса тіла. Гравитационный радіус Сонця 3 км, Землі - близько 9 мм.

Загальна теорія відносності А. Ейнштейна пророкує дивовижні властивості чорних дір, у тому числі найважливіше - наявність в чорної діри горизонту подій. Для невращающейся чорної діри радіус горизонту подій збігаються з гравітаційним радіусом. На обрії подій для зовнішнього спостерігача хід часу зупиняється. Космічний корабель, посланий до чорну дірку, з погляду далекого спостерігача, будь-коли перетне обрій подій, а буде безупинно сповільнюватися з наближенням щодо нього. Усі, що відбувається під обрієм подій, всередині чорної діри, зовнішній спостерігач вбачає. Космонавт у своїй кораблі у принципі здатний проникнути під обрій подій, але передати певну інформацію зовнішньому спостерігачеві не зможе. У цьому космонавт, вільно падаючий під обрієм подій, мабуть, побачить іншу Всесвіт, і навіть своє майбутнє. Пов'язано це про те, що в чорної діри просторова і тимчасова координати змінюються місцями, що подорож у просторі тут замінюється подорожжю у часі.

Ще незвичні властивості обертових чорних дір. Але вони обрій подій має менший радіус, і занурений він всередину эргосферы - області простору-часу, у якій тіла повинні безупинно рухатися, підхоплені вихровим гравітаційним полем обертовою чорної діри.

Настільки незвичних властивостей чорних дір багатьом здаються просто фантастичними, тож існування чорних дір у природі часто сумнівається. Проте, забігаючи вперед, відзначимо, що, відповідно до новітнім спостережною даним, чорні діри дійсно існують і це притаманні дивовижні властивості.

ЯК ОБРАЗУЮТСЯ ЧОРНІ ДІРИ

Відомо, що й маса ядра зірки, що зазнало зміни хімічного складу через термоядерних реакцій і який перебуває переважно з елементів групи заліза, перевищує 1,4 сонячної маси M, але з перевершує трьох сонячних мас, то кінці ядерної еволюції зірки відбувається колапс (швидке стиснення) ядра, у результаті якого зовнішня оболонка зірки, не порушена термоядерними перетвореннями, скидається, що зумовлює явища спалахи наднової зірки. Це спричиняє формуванню нейтронної зірки, у якій силам гравітаційного тяжіння протидіє градієнт тиску вырожденного нейтронного речовини. Величезні сили тиску вырожденного нейтронного речовини обумовлені тим, що нейтрони мають полуцелым спіном і підлягають принципу Паулі, що у даному енергетичному стані може тільки один нейтрон.

При стисканні ядра зірки пізній стадії еволюції температура піднімається до гігантських значень - майже мільярд кельвинов, тому ядра атомів розвалюються на протони і нейтрони. Протоны поглинають електрони, перетворюються на нейтрони і випускають нейтрино. Нейтрони ж, відповідно до квантовомеханическому принципу Паулі, що забороняє їм перебувати у однакових станах, починають при сильному стискуванні ефективно відштовхуватися друг від друга. Що стосується маси коллапсирующего ядра зірки менше 3M швидкості нейтронів значно менше швидкості світла, і пружність речовини, обумовлена переважно ефективним відштовхуванням нейтронів, може врівноважити сили гравітації і призвести до освіті стійких нейтронних зірок. Що стосується масивних ядер зірок (m > 3M) швидкості нейтронів великі, сили відштовхування між ними можуть врівноважити сили гравітації. І тут що настає нейтронна зірка, вихолодаючи колапсує, відповідно до існуючих уявленням, в чорну діру. Бо за освіті нейтронної зірки радіус зірки зменшується від 106 до 10 км, з умови збереження магнітного потоку слід, що магнітне полі нейтронної зірки радіусом 10 км може становити дуже великі величини - порядку 1012 Гс. Радіус нейтронної зірки порядку 10 км, щільність речовини сягає мільярда т дизпалива на кубічному сантиметрі.

Добре відомі радіопульсари і рентгенівські пульсари таки є нейтронні зірки, причому число відомих радиопульсаров сягає 700. Радиопульсары спостерігаються як джерела суворо періодичних імпульсів радіовипромінювання, що пов'язаний із переробкою енергії швидкого обертання зірки в спрямоване радіовипромінювання за посередництвом сильного магнітного поля. Рентгенівські пульсари світять з допомогою акреції речовини в тісних подвійних зоряних системах: сильне магнітне полі нейтронної зірки спрямовує плазму на магнітні полюси, де стикається з поверхнею нейтронної зірки й розігрівається в ударну хвилю до температурах десятки і сотні мільйонів градусів. Це спричиняє випромінюванню рентгенівських квантів. Оскільки вісь магнітного диполя не збігаються з віссю обертання нейтронної зірки, рентгенівські плями (їх називають аккреционными колонками) під час обертання нейтронної зірки то видно для земного спостерігача, то екрануються тілом нейтронної зірки, що зумовлює ефекту маяка і феномену рентгенівського пульсара - суворо періодичної змінності рентгенівського випромінювання на часи від часткою секунди до тисяч секунд. Періодичні пульсації радіо- або рентгенів-ського випромінювання свідчать, що з нейтронної зірки є велика магнітне полі (~ 1012 Гс), тверда поверхню й швидке обертання (періоди радиопульсаров досягають мілісекунд часу). У чорної діри суворо періодичних пульсацій випромінювання годі чекати, оскільки, відповідно до пророцтва загальної теорії відносності (ОТО) Ейнштейна, яка описує сильні гравітаційні поля, чорна діра немає ні твердої поверхні, ні сильного магнітного поля.

Для зірок, маси залізних ядер яких наприкінці еволюції перевищують три сонячних, ОТО пророкує необмежене стиснення ядра (релятивістський колапс) із заснуванням чорної діри. Це тим, що сили гравітації, які прагнуть стиснути зірку, визначаються щільністю енергії, а при величезних плотностях речовини, достигаемых при стискуванні ядра зірки (майже мільярд т дизпалива на кубічному сантиметрі), головний внесок у щільність енергії вносить не енергія спокою частинок, а енергія їх руху, і взаємодії. Виходить, що таке тиск речовини на великих плотностях хіба що саме "важить": що більше тиск, то більше вписувалося щільність енергії і, отже, сили гравітації, які прагнуть стиснути речовина. З іншого боку, при сильних гравітаційних полях, відповідно до ОТО, стають принципово важливими ефекти викривлення простору-часу, що також сприяє необмеженому стиску ядра зірки.

Чорні діри з дуже великими масами (до мільярдів сонячних мас), очевидно, перебувають у ядрах галактик, і останні роки у спостережній дослідженні надмасивних чорних дір намітився істотного прогресу у зв'язку з використанням космічного телескопа їм. Хаббла застосування методів радіоінтерферометрії зі сверхдлинными базами. З іншого боку, теорія пророкує можливість існування первинних чорних дір, які утворилися в останній момент освіти Всесвіту. Ми обмежимося розглядом лише чорних дір зоряної маси, які утворилися на кінцевих етапах еволюції масивних (з масами кілька десятків сонячних) зірок.

МЕТОДИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСС ЧЕРНИХ ДЫР

Відомо, що масу зірки можна виміряти, якщо вона входить у подвійну систему. Спостерігаючи рух зірок - компонент подвійний системи та застосовуючи закони Кеплера, які з закону тяжіння Ньютона, можна виміряти маси зірок. У цьому, оскільки розміри орбіти подвійний системи мільйони разів більше гравітаційних радіусів компонент, визначення мас зірок, зокрема і мас нейтронних зірок і чорних дір у подвійних системах, предосить використати закон тяжіння Ньютона. Не розглядаємо тут випадок подвійних радиопульсаров, де величезна точність визначення моментів приходу радиоимпульсов дозволяє спостерігати релятивістські ефекти (зумовлені ОТО) рухається пульсара, і за ними визначати з точністю маси пульсарів, і навіть спостерігати одвічну скорочення орбітального періоду подвійний системи, обумовлене випромінюванням потоку гравітаційних хвиль.

Оптическая зоря у подвійний системи є як пробним тілом в гравітаційному полі чорної діри, що дозволяє виміряти її масу, але й своєрідним донором, які поставляють речовина на сусідній релятивістський об'єкт (нейтронну зірку чи чорну діру). Акреція цієї речовини на релятивістський об'єкт призводить до розігріву плазми до температурах десятки і сотні мільйонів градусів і до появи потужного рентгенівського джерела. Теоретичне пророцтво потужного энерговыделения при несферической акреції речовини на чорну діру було зроблено на 1964 року Я.Б. Зельдовичем і Е.Е. Салпитером. Теорія дискової акреції речовини на релятивістський об'єкт у тісному подвійний зоряної системі розвинена у початку 1970-х років у роботах Н.І. Шакуры і Р.А. Сюняева, Дж. Прингла і М. Риса, І.Дз. Новикова і К.С. Торна.

НОВЕЙШИЕ ДАННЫЕ

Обнаружена одне з найближчих до Сонячну систему чорних дір, виникнувши внаслідок старіння і наступного загибелі зірки класу блакитний гігант. І вперше досить вдало вдалося обчислити її орбіту звернення навколо нашої Галактики – Чумацький Шлях.

Чорна діра було виявлено тому, що “пожирала” речовина сусідки – більш малої зірки.

Відкриття було зроблено на результаті спостережень радіотелескопів Національного Наукового товариства (VLBA), об'єднаних до системи радіоінтерферометрії зі сверхдлинной базою разом із супутниками прийому рентгенівського випромінювання Rossi.

Доказом підтвердження відкриття послужили оптичні знімки, зроблені на Паломарской Обсерваторії (POSS). Це вперше, коли орбітальне рух чорної діри було обмірювано.

Результати досліджень було повідомлено 13 вересня 2001-го року у випуску часопису “Природа”.

Об'єкт називається XTE J1118+480 і він виявлено супутником Rossi X- 29 березня 2000 року. Пізніші спостереження оптичному і радіодіапазоні показали, що чорна діра відстоїть на 6,000 світлових років від Землі та є бінарну систему, де вона засмоктує зоряний газ у сусідній зірки, формуючи гарячий обертався диск, нагадує вирву виру у морі. Цей процес відбувається супроводжується викидом субатомних частинок, які випускають радіохвилі.

Більшість зірок з нашого Галактиці - Чумацький Шлях, перебувають у межах галактичної площині. Проте, також є кульові зоряні скупчення, які містять сотні тисяч найстаріших зірок в Галактиці, і які знаходяться поза площиною Галактики. XTE J1118+480 подібно таким кульовим скупчень, нерухомих зі швидкістю 145 кілометрів на секунду щодо Землі, робить мудрі петлі навколо Галактики. Ця чорна діра утворилася спричинена смертю масивною зірки, котра, за класу панувала рівні блакитного гіганта. Такі зірки, коли цілком вироблять свій ресурс, або вибухають як нові зірки, залишаючи по собі ядро оболонки як нейтронної зірки, або закінчують шлях “гравітаційним бавовною” стискування, створюючи чорну діру.

Ця чорна діра має багато, більше сонячної усемеро. Щоб розігнатися до існуючої швидкості, їй знадобився поштовх прискорення, який дати лише гравітаційна сила загальної маси кульового зоряного скупчення, із якого колись же й була викинуто.

Розташована неподалік Чумацького Шляху галактика Centeurus A має у свій центр масивну чорну діру. Це встановили міжнародної команді астрономів із Південної Європейської Обсерваторії, проводили спостереження з допомогою телескопа VLT (Very Large Telescope) до Чилі. Вимірювання дозволили визначити масу чорної діри - близько 200 мільйонів мас Сонця. Галактика Centaurus A, відома як і NGC 5128, віддалений від Землі на 11 мільйонів світлових років. Це з самих вивчених об'єктів Всесвіту. Як галактика у неї каталогизирована в 1847 року британським астроном Джоном Гершелем (John Herschel) вже півтора століття вивчається з усього набору астрономічних інструментів. Про те, що у центрі галактики перебуває чорна діра, підозрювали давно, але хто б думав, що вона настільки масивна.

Галлактика М83 Дж.Моран (J.Moran; Астрофізичний центр в Кембриджі, штат Массачусетс, США) стверджує, що йому вдалося знайти сверхмассивную чорну дірку у центрі дуже віддаленій ми спіральної галактики NGC 4258, за результатами вивчення потужного мазерного випромінювання, утворюваному молекулами води газових хмар, які піддаються впливу інтенсивної радіації.

Зіставляючи швидкість руху космічних хмар зі своїми розташуванням, Моран встановив, що вони навколо якогось центрального об'єкта, подібно планет навколо Сонця. По значенням швидкостей вдалося обчислити масу що притягує центру: вона була близька до 36 млн М*! Причому всі ці гігантська маса зосереджена області, поперечник якої менш 1 світлового року. Такими характеристиками може володіти лише чорна діра.

Джерела мазерного випромінювання перебувають у оточуючої галактику NGC 4258 зовнішньої периферії диска (чи сфери - з цього приводу серед астрофізиків немає єдиної думки). Проте за таких значних відстанях, як у нашому разі, найбільш імовірна, як вважають, форма диска. Мазеры розташовуються там по S-образной кривою; такий вигин, вважає Моран, викликаний тиском рентгенівського випромінювання від скупчення сверхраскаленного газу, що у центрі даної системи.

Вивчення руху потужних мазери допоможе, на думку Моргана, пошуку свермассивных чорних дір. Найближчим кандидатом вважає галактику NGC 1068, у якій, судячи з піднаглядним швидкостям мазери, може бути чорна діра з безліччю, перевищує сонячну удесятеро млн раз.

Що всередині у чорної діри

Черная дыра

Чорної дірою називається область простору-часу, обмежена обрієм, тобто поверхнею, а світло неспроможна залишити внаслідок дії гравітаційних сил. Точку зору теорії відносності (ОТО) на чорні діри (та його внутрішню структуру) ось у чому. Ми (з визначення) поспіль не можемо отримати жодній інформації з чорної діри, тому для нас саме ЧОРНА, тобто у цього підходу питання внутрішньої структурі чорної діри перестав бути повністю коректним, т.к. ми можемо зробити відповідні виміру, а можемо тільки висловлювати припущення щось, без безпосередньої інформацію

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація